Сучасне формулювання періодичного закону. Ізотопи (стабільні та радіоактивні)

Дослідження будови атома довели, що найстійкішою та найважливішою характеристикою атома є позитивний заряд ядра. Тому згідно з сучасним формулюванням періодичного закону Д. І. Менделєєва властивості хімічних елементів та їх сполук перебувають у періодичній залежності від зарядів ядер атомів елементів. Таким чином, дослідження будови атомів створили наукову основу періодичного закону.

Різні види атомів мають спільну назву – нукліди. Нуклідом називають тип атомів із певними значеннями нуклонного і протонного чисел. Більшість хімічних елементів, які зустрічаються в природі, складаються з кількох нуклідів. Різновиди атомів одного хімічного елемента, які мають однакове протонне число, але відрізняються один від одного числом нейтронів, і, відповідно, нуклонним числом (масою ядра), називають ізотопами. Наприклад, хімічний елемент Гідроген має три ізотопи: протій H (у ядрі один протон і немає нейтронів), дейтерій H  або D (в ядрі один протон і один нейтрон) і трітій H або T (в ядрі один протон і два нейтрони). Багато елементів у природі мають по кілька ізотопів. Тому відносна атомна маса елемента вираховується значеннями відносних атомних мас ізотопів з урахуванням їх масової частки у природі.

Наприклад, визначимо середню атомну масу природного Хлору, який знаходиться у вигляді двох ізотопів: ³⁵Cl з масовою часткою 75,5 % та ³⁷Cl з масовою часткою 24,5 % . Для цього скористаємося формулою:

Усі ізотопи поділяються на стабільні та радіоактивні. Стабільні ізотопи не підлягають радіоактивному розпаду, тому вони зберігаються в природних умовах. Стабільні ізотопи зустрічаються у всіх «парних» елементів і у більшості «непарних» з порядковим номером меншим або рівним вісімдесяти трьом. У елементів, розташованих в періодичній системі після Бісмута, всі нукліди є радіоактивними. Радіоактивні ізотопи поділяються в свою чергу на природні та штучні. І природні, і штучні ізотопи самоплинно розпадаються, випромінюючи при цьому α- чи β- частинки доти, поки не утвориться стабільний ізотоп. Хімічні властивості всіх ізотопів в основному однакові. Ці властивості визначаються в основному зарядом ядра, а не його масою.

Існує кілька видів радіоактивного розпаду:

· α- розпад (радіоактивний розпад ядер атомів, що супроводжується виділенням α- частинок), які є ядрами атомів Гелію He;

· β- розпад (радіоактивний розпад ядер атомів, що супроводжується випусканням β - частинок), які є електронами β;

· γ– розпад – розпад атомних ядер, що супроводжується виділенням γ – частинок (електромагнітних хвиль).

Стійкість кожного радіоактивного ізотопу характеризується періодом напіврозпаду, тобто проміжком часу, протягом якого розпадається половина початкової кількості даного раіоактивного ізотопу. Період напіврозпаду позначають T або t. Для різних елементів період напіврозпаду може змінюватись від мільйонних часток секунди до мільярдів років. Наприклад, період напіврозпаду Полонію ²¹⁸Po дорівнює три хвилини, для Радію ²²⁶Ra – тисяча шістсот двадцять років, для Урану ²³⁸U – майже чотири з половиною мільярдів років. Величина періоду напіврозпаду радіонуклідів – нестійких радіоактивних ізотопів – змінюється для більшості ізотопів від 30 секунд до 10 днів.

Радіоактивне випромінювання (радіація) небезпечно тим, що воно є невидимим, не має ні запаху, ні смаку, тому людина його ніяк не відчуває. Проте радіоактивне випромінювання, особливо γ – випромінювання має значну проникнюючу здатність. При потраплянні всередину живих організмів, радіація викликає іонізацію молекул біологічної системи, руйнує клітинні мембрани, вражає клітини кісткового мозку та інше. Це призводить до порушення імунної системи, зниження здатності організму протистояти різним хворобам. Щоб зменшити вплив радіації на організм людини, не можна застосовувати продукти харчування та питну воду, забруднені радіонуклідами, частіше застосовувати в їжу продукти, здатні поглинати і «виводити» радіонукліди з організму, а саме яблука, лимони, які містять пектини.

Радіоактивні ізотопи застосовують у медицині для встановлення діагнозу та лікування деяких хвороб. Для діагностики ракових пухлин використовують препарати, в молекулах яких знаходяться атоми радіоактивних елементів, що поглинаються тканиною пухлини. Потім визначають місце локалізації радіоактивного елемента в організмі та знаходження пухлини. Наприклад, для діагностики ракових пухлин застосовують розчин натрій ортофосфату, позначений ³²P.